大學入門 九九學年度光電一.

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1 大學入門 九九學年度光電一

2 課程介紹 這是一門什麼課 ? 認識學校 認識物理系 物理系學什麼 ? 物理系畢業做什麼? 在大學要學什麼 ? 玩四年? 混過四年?

3 課程目標（Course Objectives）：
1 了解大學教育的意義 2 認同輔仁大學的辦學精神 3 了解本系的宗旨與目標 4 了解及實踐所處的人生階段 5 掌握大學生活資訊 6 培養良好的讀書方法及時間管理 7 協助學生了解生涯規劃的重要性

4 9/14 認識物理系 自我介紹 選舉班級幹部

5 9/21認識學校 參觀浸心堂 輔仁大學的歷史與校園內具特色的建築物 校內資源 ( 圖書館、電腦中心、校史室、淨心堂 )

6 10/5 認識輔大 圖書館 電腦中心/電腦教室 校史舘 認識物理系 課程地圖 必修與選修 法規 師資及研究室 系週三演講 雲遊霧裡 fjuphy.co.cc

7 物理系宗旨: 培養有用之人才以服務社會 物理系教育目標: 幫助學生培養 健全的人格 獨立思考的能力 專業知識

8 物理系—光電物理組必修科目 99學年入學學生改為 : 普通化學 2/2 一年級必修 書報討論 2/0 四年級必修
普通化學 2/2 一年級必修 書報討論 2/ 四年級必修 畢業學分128 = 必修學分104 + 通識12 + 自由選修14 本系選修課程學分不得少於14 學分

9 全人教育中心 必修課程:一 大學入門2 國文2/2 外國語文2/2 二人生哲學2/2 歷史與文化2/2 三專業倫理2
通識課程: 人文與藝術領域>4 自然與科技領域>4 社會科學領域>4

10 10/12認識物理系 獎助學金 利用圖書館資源 認識物理的學習—物理實驗與物理理論 談問題的解決 談讀書的觀念與方法 談時間管理

11 實驗技術與數據處理 實驗方法的目的之一 是在便於對科學觀察的獨立證實 科學中的方法很重要 但正如科學知識本身 還是不可能不出錯
方法的易錯性提醒人們 科學中的懷疑態度非常重要 請同學唸文章

12 案例討論: 數據選擇 如何處理兩個可疑的數據點? 該數據應包在統計顯著性測試中 ? 為什麼?
案例討論: 數據選擇 如何處理兩個可疑的數據點? 該數據應包在統計顯著性測試中 ? 為什麼? 除了請教老師外 還有什麼訊息源可以幫助他們作決定 ?

13 問題的解決 先弄清楚問題 是不是一定要解決? ----面對問題的態度 是認真的 ․解決的方法與步驟 過程中可能碰到的困難
先弄清楚問題 是不是一定要解決? ----面對問題的態度 是認真的 ․解決的方法與步驟 過程中可能碰到的困難 立刻做選擇 替代方案 原則是 做自己能力可以做的 但也不要低估自己

14 舉例說明:普通物理很難唸嗎? 讀書時間太少 太多事要做---時間管理的問題 原文書看不懂 ---英文的問題

15 時間分析 週一 ~ 週五 : 交通 吃飯 上課 上網…. 每天須多少小時讀書 ? 至少4小時 !!
每天須多少小時讀書 ? 至少4小時 !! 每科每週須花多少小時讀書 寫報告 寫習題? 普物 微積分 矩向 化學 實驗報告 週六 週日 休息一天 安排活動

16 英文的問題 看原文書是學習英文最佳的方法之一 先學關鍵字 不必要會拼音 要會唸 唸懂題目 寫下已知條件 依照題意畫圖 寫 下要求什麼
先學關鍵字 不必要會拼音 要會唸 唸懂題目 寫下已知條件 依照題意畫圖 寫 下要求什麼 接下來解問題 就要靠你的物理常識了 *大學普通物理學的就是把物理知識變成你的物理 常識 *大二以後學的才是基礎物理專業知識 *研究所以後學的就是專業領域的學識與技巧

17 A block of mass m=0. 5kg is on the wedge of mass M=2kg
A block of mass m=0.5kg is on the wedge of mass M=2kg. The wedge is subject to a horizontal force F and slides on a frictionless surface. The coefficient of static friction between the block and the wedge is 0.6. Find the range of values of F for which the block does not slide on the incline.

18 A painter of mass M=75kg stands on a platform of mass m=15kg
A painter of mass M=75kg stands on a platform of mass m=15kg. He pulls on a rope that passes around a pulley. Find the tension in the rope given that (a) he is at rest, or (b) he accelerates upward at 4.0m/s2 . (c) If the maximum tension the rope can withstand is 700N, what happens when he ties the rope to the hook on the wall ?

19 光電一10/19 大學入門 課改在10/20 下午 導師時間 13:40~15:30 文開樓電腦教室LE404A 上課 學習建置 : 學生學習地圖 及 學生學習歷程檔案E-portfolio 職涯探索發展資訊系統CVHS

20 10/26學習與自我管理 數據處理與分析 建立每個人的自我學習表 11/2 英語學習 11/9期中考繳交作業:自我學習表

21 11/16學習與自我管理 報告: 主題與呈現

22 11/23學習與自我管理 性別平等專題演講: 性別平等與兩性關係 (林更青老師)

23 11/30~1/4 共六週 分組討論與報告 談價值觀 ( 服務與打工 ) 談個人對家庭及團體的影響 談溝通與表達
11/30~1/4 共六週 分組討論與報告 前20分鐘討論下述主題 後70分鐘由學生 報告方式：以3-6 人為一組 抽籤決定報告時間 報告題目自訂但須前一週提出 報告須以power point呈現 談價值觀 ( 服務與打工 ) 談個人對家庭及團體的影響 談溝通與表達 介紹物理學家:楊振寧,李政道,高錕 Dirac , Heisenberg Goudsmidt & Uhlenbeck

24 99/11/9 期中考週 100/1/11 期末考週 成績算法: 作業 30分 出席與表現 30分 群組簡報 20 分 個人報告 20分
繳交作業:自我學習表 100/1/11 期末考週 繳交個人報告: 以實驗結報格式交 成績算法: 作業 30分 出席與表現 30分 群組簡報 20 分 個人報告 20分

25 電子自旋的發現 翻譯自：Physics Today 1989 by Abraham Pais
George Uhlenbeck and Samuel Goudsmit: The discovery of electron spin

26 人物： Uhlenbeck, George 1900-1988 荷蘭
Goudsmit, Samuel Abraham 荷蘭 Kronig, Ralph 德裔美國 Einstein, Albert (1921) 德國 Lorentz, Hendrik (1902 Zeeman effect) 荷蘭 Sommerfeld, Arnold Bohr, Niels (1922) 丹麥 Planck, Max 德國 Schroedinger, Erwin (1933) 奧地利 Ehrenfest, Paul 奧地利 Pauli, Wolfgang (1945) 瑞士 Fermi, Enrico (1938) 義大利 Heisenberg, Werner Karl (1932) 德國 Dirac, Paul Adrien Maurice (1933) 英國

27 背景：Uhlenbeck 德裔荷蘭人 1900年出生於荷蘭 Batavia, 1907年自蘇門答臘搬
回荷蘭海牙. 1919年進入萊登大學 (University of Leiden), 當時Lorentz, Ehrenfest, Onnes, Kuenen 都在那兒任教. 1923年得到碩士學位 (當時稱doctorandus) 在羅馬遇見Fermi; 對歷史有興趣想成為歷史學家. 1925年六月回到海牙仍然成為Ehrenfest的學生. 1925年九月由在Heisengerg處研究光譜的研究生Goudsmit教他光譜學。 Samuel Abraham Goudsmit 1902年出生於海牙 十一歲對物理有興趣曾說： 『太陽裡有氫 北斗七星裡有鐵 看來上帝也不是那麼遙遠』( Hydrogen in the Sun and iron in the Big Dipper made Heaven seem cozy and attainable.), 曾參加八個月的偵探課程 所以對辨識光譜線有獨到之處(依直覺而不依分析) 十八歲就找到了鹼金屬的雙線 (鈉的雙黃線)。

28 當時對 光譜的精細結構 的物理背景： 對光譜異常的Zeeman效應 Lande提出：由Lorentz依半古典理論並無法解釋光譜線分裂的問題除非假設角動量量子數可以是半整數。Heisenberg 也認為鹼金屬的電子角動量應該有1/2量子數；Lande依此計算了g值為2 而非1。 Pauli也認為其內層電子的角動量為0，所以應該有第四個量子數而且為半整數。他也因此提出不相容原理( Pauli Exclusion Principle )。Sommerfeld 的相對論效應理論可以解釋氫原子的精細結構及正常的Zeeman效應。

29 Uhlenbeck 認為氫原子和其他鹼金屬原子應該以同一物理模型處理 所以在考慮電子具有第四個量子數1/2下計算了它們的能階並於1925年八月發表。
由於當時對氫原子的光譜已有充份的掌握而且對Sommerfeld提出相對論修正以及每一個量子數的出現都對應一個運動的自由度，Uhlenbeck提出這第四個量子數也將對應第四維的自由度所以電子必然是自轉的！而有自轉角動量，g值為2。磁偶矩與角動量的關係為。,Bohr magneton. Uhlenbeck 與 Goudsmit 兩人討論電子磁矩中g 值的物理意義：視電子為一剛體球只具有表面電荷而g=2顯示若電子為一半徑為，則其外圍的轉動速度將會超過光速。

30 一九二五年十月十七日他們提出將電子自旋、自旋角動量納入考量的光譜的論文。 幾乎在寄出論文的同時Ehrenfest去信問Lorentz關於這篇論文的評論。Lorentz 在Uhlenbeck去看他時回應：若電子有自旋則具有磁能，(磁矩，半徑 )而 ，太大了!不對!  Uhlenbeck 非常沮喪，告訴Ehrenfest希望撤回論文。但Ehrenfest回說已經將論文寄出，並且加了一句說「幸好他們兩人都還年輕可以忍受別人說他們愚蠢」。 Lorentz不久以古典力學的觀點下再一次計算了自轉中的電子繞原子核的運動。這是這位偉大的古典物理學家關於這個問題的最後一篇論文。量子力學上場。 沒多久Heisenberg也看到了關於電子自旋的論文，他寫了一封信給Goudsmit恭賀他們。但提出一個問題：你們怎麼解釋氫原子光譜中精細結構的分裂譜線？因為電子因自旋造成靜動，經由半古典的計算分裂能量還是有兩倍的差距。 這部份的計算他們先前並沒有做 計算後發現確實有兩倍的差異。

31 這個問題要等到十二月(1925年) Bohr到達Leiden(荷蘭 萊登)才得以解決。
1925年十二月Bohr由丹麥 哥本哈根(Copenhegen)來到荷蘭萊登(Leiden)參加為慶祝Lorentz得到博士學位五十年(golden jubilee) 所舉辦的研討會。途中他先在德國漢堡(Hamburg)停留，在車站遇到Pauli 及Stern，三人談到了電子自旋。Bohr說「這件事很有趣」。(大家都知道當 Bohr說有趣時，就表示他不以為然) Bohr說他不能明白電子如何能在原子核的電場作用下運動卻能感受到磁場的影響而造成精細結構。 Uhlenbeck事後回憶承認當時他們陶醉在美好的想法中確實沒有考慮這個基本的難題。 在Bohr到達Leiden時在車上遇見Einstein及Ehrenfest。他們問他對電子自旋有什麼看法，Bohr當然是說：這件事非常非常非常有趣！但是磁場怎麼辦？ Ehrenfest回答說這件事Einstein已經解決了：當在電子的靜止坐標上電子會看到一轉動的電場，依據相對論當然就會看到磁場因此造成一有效的自旋-軌道耦合交互作用。 Bohr立刻就被這說法說服了。當談到差了個2的因子，他很有信心的說這問題到時候自然就會被解除。然後他就敦促Sam及George兩人再對這問題寫一篇更為詳細的短文Bohr也對此寫了一篇評論登在1926年二月的Nature雜誌上。 離開Leiden後Bohr轉往Gottingen，在那兒車站他遇見Heisenberg及Jordan。他們問他關於spin的看法。Bohr回答說這對解釋自旋軌道耦合交互作用是一個極重大的進展。Heisenberg評論道他曾聽過這一論述但忘了是誰、在什麼時候說的。 在Bohr回家(哥本哈根)的路上，火車停留在柏林車站時Pauli特別為這件事由Hamburg到柏林車站見他。Bohr說「這是一個重大的進展」。 Pauli說這又是另一Copenhagen異論。 回到家後，Bohr寫信給Ehrenfest說到：我好像是個傳播電子磁矩的先知了！

32 後記： 因子2的問題在1926年不久由L.H.Thomas考慮了電子作軌道運動會造成自旋的靜動運動得到解決。 在 1925年間Kronig在哥本哈根(當時他是Columbia U. PhD學生)時曾與Kramers, Heisengerg, Pauli提到spin 及factor 2的問題，結果Heisenberg匆匆的看了一眼，Pauli澆了一盆冷水說些尖銳的評語。這就是Heisengerg說聽過這件事。所以只能說他應該對自己的判斷有信心而不要這麼重視相信別人的看法。 後來Kramers告訴Bohr這件事Bohr還特別寫了一封信去安慰他。Kronig回信說：我本來不應該再說起這件事；實在是有些物理學家喜歡過度的膨風只相信自己的看法而不能接受別人的觀點。Kronig請Bohr不要在公開場合提起這件事因為像Uhlenbeck這麼謙虛優雅的紳士可能聽了也會不高興。而Uhlenbeck確實是如此，他曾寫過：毫無疑問的在我們提出電子自旋這一論點上Kronig也是一位主要的參與者。

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